新冠已經(jīng)永久改變了我們的世界，在我們開始迎接挑戰(zhàn)以面對(duì)新的現(xiàn)實(shí)生活時(shí)，許多領(lǐng)域會(huì)與之前完全不同。
一個(gè)需要考慮的具體領(lǐng)域是人機(jī)界面（HMI）。在過去十年左右時(shí)間里，從iPad到機(jī)床，觸控屏幕已越來越廣泛地用于用戶界面，它們直觀，靈活且信息豐富，使人們可以輕松地瀏覽復(fù)雜信息和選項(xiàng)。
隨著我們逐漸進(jìn)入一個(gè)后疫情世界，一個(gè)越來越明顯的趨勢(shì)是，世界需要非接觸式HMI。用戶希望用自己的聲音或用手勢(shì)，甚至眼神就能控制共享或公用設(shè)備。新技術(shù)越來越多地借助復(fù)雜的人工智能（AI）來解釋用戶需求，并使之成為可能。
一個(gè)沒有接觸的世界
觸摸物體或表面可能會(huì)傳染新冠，因此觸摸任何公共HMI都可能帶來風(fēng)險(xiǎn)，包括門禁系統(tǒng)（access controls）、自助服務(wù)亭或送貨駕駛員的終端設(shè)備等等。
我們可以回顧一下在觸摸屏出現(xiàn)之前的場(chǎng)景，或許會(huì)找到哪些最佳替代方案。在某些情況下，這意味著要替換觸摸可以簡(jiǎn)單地要求用戶再次回到與真實(shí)的人交談方式（例如在咖啡館下訂單），盡管這會(huì)增加業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)成本。其他替代方法還包括讓人們使用智能手機(jī)（可能通過網(wǎng)站或可下載的應(yīng)用程序），而不是共享的觸摸屏，但這種方法可能會(huì)令客戶不喜歡或難以使用。
科技公司Ultraleap最近進(jìn)行了一些研究，以探討快餐店中遇到的這些問題。他們發(fā)現(xiàn)，與使用觸摸屏、移動(dòng)應(yīng)用程序或親自去柜臺(tái)的方式相比，更多參與者選擇非接觸式手勢(shì)識(shí)別作為他們點(diǎn)餐和付款的首選方案。除了新冠帶來的安全性問題之外，人們還強(qiáng)調(diào)便利性和簡(jiǎn)單性是非接觸式界面的優(yōu)勢(shì)。 Ultraleap的研究還發(fā)現(xiàn)，只有12％的人認(rèn)為公共場(chǎng)所觸摸屏是安全衛(wèi)生的。
許多因素會(huì)影響人機(jī)界面和最佳技術(shù)的選擇。例如，我們需要向用戶顯示多少信息？他們有多少選項(xiàng)？購(gòu)買電影票是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)，幾乎沒有選擇，而其他互動(dòng)則更加開放。我們還需要考慮HMI的應(yīng)用場(chǎng)景：周圍嘈雜嗎？環(huán)境光照怎么樣？用戶在陌生人面前大聲說話是否會(huì)感到不舒服？
除了新冠，非接觸式用戶界面還有許多其他好處。例如，語音界面可以使消費(fèi)類設(shè)備體積小巧，成本低廉，但仍能夠處理復(fù)雜的人機(jī)交互，例如向Alexa詢問復(fù)雜的信息。非接觸式用戶界面還可以改善技術(shù)在殘疾人群體中的普及度和應(yīng)用。
非接觸式控制技術(shù)
既然觸摸屏當(dāng)下已經(jīng)如此流行，還會(huì)有哪些其他技術(shù)可以取代它們？
盡管埃隆·馬斯克（Elon Musk）可能會(huì)最終發(fā)現(xiàn)他的Neuralink機(jī)器對(duì)于大眾有深深的吸引力，但其未來還有一段路要走。目前，最好的選擇可能是使用某種基于攝像頭的系統(tǒng)用戶手勢(shì)或面部表情，或者基于AI的語音識(shí)別系統(tǒng)（例如Siri或Alexa），這些已經(jīng)在越來越多設(shè)備中得到使用。
這些替代方案可以與LCD顯示面板或投影圖像（例如鍵盤或用戶界面）等一起獨(dú)立使用。
除了用戶的非接觸式輸入外，在提供非接觸式反饋方面同樣也出現(xiàn)了一些進(jìn)展。例如，Ultraleap能夠使用超聲波技術(shù)來“投影”一個(gè)虛擬物體，而用戶則感覺好像真的存在一樣。這些“空中”覺察感知能夠駕駛員伸手操縱控件，而不必將視線移開路面去觀看觸屏，一些虛擬按鈕和開關(guān)可以有效地移動(dòng)，并在移動(dòng)過程中保持與駕駛員手協(xié)調(diào)一致。
非接觸式HMI應(yīng)用實(shí)例
下面讓我們更詳細(xì)地探討其中一些技術(shù)，并回顧一下設(shè)計(jì)人員當(dāng)前可以使用的技術(shù)。
Ultraleap是由Leap Motion和Ultrahaptics于2019年合并時(shí)成立，能夠提供快速、準(zhǔn)確的手部跟蹤，具備接近于零的延遲和無與倫比的準(zhǔn)確度。Ultraleap的跟蹤產(chǎn)品（例如Leap Motion Controller）使用紅外LED來照明用戶手，并由兩個(gè)攝像頭捕獲圖像。
這些圖像可由在標(biāo)準(zhǔn)筆記本電腦或臺(tái)式計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的Ultraleap軟件進(jìn)行處理，生成手部動(dòng)作的虛擬模型，然后由基于人工智能（AI）的“交互引擎”進(jìn)行解釋。這樣可以識(shí)別各種手勢(shì)，例如滑動(dòng)、按壓和捏緊等。 LCD屏幕能夠向用戶顯示與觸摸屏上相同的信息，其手勢(shì)在空中被識(shí)別并疊加在屏幕上。
圖1：非接觸式HMI可在熟悉的自助服務(wù)終端和屏幕上有效使用。（來源：Ultraleap）
Ultraleap進(jìn)行了用戶研究，并了解人們?nèi)绾问褂梅墙佑|式界面，以及如何最好地設(shè)計(jì)易于使用的系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，用戶仍然傾向于 “輕按”空中按鈕，因此，不管用戶以何種速度進(jìn)行操作，都需要確保軟件能夠識(shí)別此手勢(shì)。
為了使設(shè)計(jì)人員能夠快速起步并快速推進(jìn)設(shè)計(jì)，Ultraleap可提供Ultrahaptics STRATOS?開發(fā)套件，其中包括用于檢測(cè)用戶手勢(shì)的Leap Motion模塊和用于創(chuàng)建人們可以感知到的空中觸覺效果超聲變換器（transducer）陣列。
萊迪思半導(dǎo)體（Lattice Semiconductor）的sensAI演示方案可提供手勢(shì)檢測(cè)的另一種選擇，該方案采用Lattice iCE40 UltraPlus FPGA在本地執(zhí)行處理，能夠減少響應(yīng)時(shí)間，降低功耗，并提高安全性。對(duì)于許多這樣的AI系統(tǒng)，可以在功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)上預(yù)先開發(fā)大部分系統(tǒng)訓(xùn)練和算法，而本地或邊緣處理器僅需要處理較為容易的推理。
Lattice sensAI演示方案是在Himax HM01B0 UPduino Shield（基于iCE40 UltraPlus FPGA的評(píng)估平臺(tái)）上運(yùn)行，它還包括一個(gè)攝像頭和兩個(gè)麥克風(fēng)，有助于AI系統(tǒng)的快速原型制作。
對(duì)于某些非接觸式控制系統(tǒng)，需要進(jìn)行面部識(shí)別，通常用于用戶識(shí)別和注冊(cè)。用戶可能會(huì)擔(dān)心，這些能夠識(shí)別其面孔的公共或共享系統(tǒng)在進(jìn)行交互時(shí)會(huì)存在隱私問題，但是可以通過在本地實(shí)施此過程，而不是通過互聯(lián)網(wǎng)或云端共享數(shù)據(jù)來完成，可以減少這種擔(dān)憂。
恩智浦（NXP）通過其EdgeReady機(jī)器視覺解決方案滿足這一需求，該解決方案基于其i.MX RT106F交叉（crossover）微控制器（MCU）。 EdgeReady能夠使開發(fā)人員快速、輕松地在其產(chǎn)品中添加面部識(shí)別功能，使緊湊并可投入生產(chǎn)的硬件模塊與在FreeRTOS上運(yùn)行的集成軟件完美結(jié)合。
EdgeReady系統(tǒng)使用攝像頭模塊捕獲圖像，該模塊包含有圖像傳感器和RGB濾鏡，其中包括的軟件則處理常見的任務(wù)，例如圖像裁剪、面部檢測(cè)以及實(shí)際的面部識(shí)別等。
最后，讓我們看看設(shè)計(jì)師如何開啟使用語音識(shí)別和AI。雖然我們都已經(jīng)習(xí)慣與手機(jī)和智能揚(yáng)聲器通話，但是底層技術(shù)有時(shí)還是個(gè)謎。
圖2：Google語音工具包能夠提供DIY智能揚(yáng)聲器項(xiàng)目所需的一切。（來源：Google AIY）
采用這種技術(shù)的一種絕佳方法是使用Google AIY語音套件， 這是一個(gè)可以DIY的智能揚(yáng)聲器項(xiàng)目。該套件包括一個(gè)Raspberry Pi Zero WH，兩個(gè)麥克風(fēng)和一個(gè)揚(yáng)聲器，為設(shè)計(jì)師和創(chuàng)客提供設(shè)計(jì)入門和運(yùn)行Google Assistant演示方案所需的全部功能。它可以檢測(cè)語音，并將其發(fā)送到在云端運(yùn)行的Google Assistant，進(jìn)而可以回答問題或提供語音轉(zhuǎn)文本功能。
歡迎來到非接觸的世界
在我們邁向后新冠時(shí)代時(shí)，很明顯，非接觸式界面將會(huì)扮演越來越重要的角色。具體來說，這種技術(shù)可以提供更安全、非接觸式體驗(yàn)，以便減輕消費(fèi)者對(duì)公共或共享觸摸屏衛(wèi)生狀況存在的真正擔(dān)憂。除此之外，它們還有望在許多應(yīng)用中提供全新、更直觀的控制界面。
支持這些新界面的技術(shù)包括尖端的AI、觸覺和手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用，但是設(shè)計(jì)工程師已經(jīng)越來越多地可以通過評(píng)估模塊和預(yù)集成的套件來利用這些技術(shù)。
我們可能正處于用戶界面面臨重大改變的風(fēng)口浪尖，現(xiàn)在是開始探索如何充分利用非接觸式界面及其帶來好處的最佳時(shí)機(jī)。
